- Khi hoạt động ở chế độ PWM (Pulse Width Modulation _ khối điều chế độ rộng xung), tính hiệu sau khi điều chế sẽ được đưa ra các pin của khối CCP (cần ấn định các pin này là output ). Để sử dụng chức năng điều chế này trước tiên ta cần tiến hành các bước cài đặt sau:
+ Thiết lập thời gian của 1 chu kì của xung điều chế cho PWM (period) bằng cách đưa giá trị thích hợp vào thanh ghi PR2.
+ Thiết lập độ rộng xung cần điều chế (duty cycle) bằng cách đưa giá trị vào thanh ghi CCPRxL và các bit CCP1CON<5:4>.
+ Điều khiển các pin của CCP là output bằng cách clear các bit tương ứng trong thanh ghi TRISC.
+ Thiết lập giá trị bộ chia tần số prescaler của Timer2 và cho phép Timer2 hoạt động bằng cách đưa giá trị thích hợp vào thanh ghi T2CON.
+ Cho phép CCP hoạt động ở chế độ PWM.
- Trong đó giá trị 1 chu kì (period) của xung điều chế được tính bằng công thức:
- Độ rộng xung điều chế (duty cycle) được tính theo công thức.
Hình 3. 6 Sơ đồ khối CCP (PWMmode)(trái) Các tham số của PWM (phải)
- Khi giá trị thanh ghi PR2 bằng với giá trị thanh ghi TMR2 thì quá trình sau đây xảy ra:
+ Thanh ghi TMR2 tự động được xóa. + Pin của khối CCP được set.
+ Giá trị thanh ghi CCPR1L (chứa giá trị ấn định độ rộng xung điều chế duty cycle) được đưa vào thanh ghi CCPRxH.
3.1.2 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit )
3.1.2.1 Công dụng và nguyên lí hoạt động
Mạch cầu H là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua một đối tượng. Đối tượng là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển .Mục đích điều khiển là cho phép dòng điện qua đối tượng theo chiều A đến B hoặc B đến A .Từ đó giúp đổi chiều quay của động cơ.
Hiện nay, ngoài loại mạch cầu H được thiết kế từ các linh kiện rời như: BJT công suất, Mosfet, … Còn có các loại mạch cầu H được tích hợp thành các IC như: L293D và L298D. Do đối tượng điều khiển trong đề tài này là động cơ DC có điện áp 12V và công suât nhỏ nên em dùng mạch cầu H đảo chiều động cơ là IC L298.
Hình 3. 7 Khảo sát hoạt động của mạch cầu H
Hình 3. 8 Nguyên lí hoạt động của mạch cầu H
3.1.2.2 Mạch cầu H L298D
L298D là một chip toch1 hợp 2 mạch trong gói 15 chân. L298D có điện áp danh nghĩa cao (lớn hơn 50V) và dòng điện danh nghĩa lớn hơn 2A nên rất thích hợp cho các ứng dụng công suất nhỏ như các động cơ DC loại vừa và nhỏ
Hình 3. 9 Sơ đồ chân của IC L298D (phải) IC L298D (trái)
Hình 3. 10 Sơ đồ nguyên lí của IC L298D
Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L298D nên có thể điều khiển 2 đối tượng riêng với 1 chip này. Mỗi mạch cầu H bao gồm 1 đường nguồn Vs (thật ra là đường chung cho 2 mạch cầu), một chân current sensing (cảm biến dòng) ở phần cuối của mạch cầu H, chân này không được nối đất mà bỏ trống để cho người dùng nối 1 điện trở nhỏ gọi là sensing resistor.Bằng cacch1 đo điện áp rơi trên điện trở này chúng ta có thể tính được dòng qua điện trở, cũng là dòng qua động cơ, mục đích của việc này là để xác định dòng quá tải. Nếu việc đo lường là không cần thiết thì ta có thể nối chân này với GND. Động cơ sẽ được nối với 2 chân OUT1, OUT2 hoặc OUT3, OUT4.Chân EN (ENA và ENB) cho phép mạch
L298D không chỉ được dùng để đảo chiều động cơ mà còn điều khiển vận tốc động cơ bằng PWM.Trong thực tế, công suất thực ma L298D có thể tải nhỏ hơn giá trị danh nghĩa của nó (U =50V, I =2A). Để tăng dòng tải của chíp lên gấp đôi, chúng ta có thể nối hai mạch cầu H song song với nhau (các chân có chức năng như nhau của 2 mạch cầu được nối chung).
3.1.3Text LCD
3.1.3.1 Chức năng và hình dạng LCD
Text LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII. Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII. Cũng vì lý do chỉ hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh). Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị. Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn. Kích thước của Text LCD được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có. Ví dụ LCD 16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự. Một số kích thước Text LCD thông thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2, 20x4…Hình dưới là một ví dụ Text LCD 16x2.
Hình 3. 11 Ảnh thực tế text LCD 16x2
3.1.3.2 Sơ đồ chân
Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết nối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền”. Thứ tự các chân thường được sắp xếp như sau:
Bảng 1. Sơ đồ chân.
Trong một số LCD 2 chân LED nền được đánh số 15 và 16 nhưng trong một số trường hợp 2 chân này được ghi là A (Anode) và K (Cathode). Hình 2 mô tả cách kết nối LCD với nguồn và mạch điều khiển.
Hình 3. 12 Sơ đồ kết nối LCD
Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V. Chân 3 là chân chỉnh độ tương phản (contrast), chân này cần được nối với 1 biến trở
chia áp như trong hình 2.Trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độ tương phản cần thiết, sau đó giữ mức biến trở này. Các chân điều khiển RS, R/W, EN và các đường dữ liệu được nối trực tiếp với vi điều khiển. Tùy theo chế độ hoạt động 4 bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển.
3.1.3.3 Tập lệnh của LCD
Các lệnh của LCD có thể chia thành 3 nhóm như sau:
- Các lệnh về kiểu hiển thị.(VD: Kiểu hiển thị (1 hàng / 2 hàng), chiều dài dữ liệu (8 bit / 4 bit), …)
- Chỉ định địa chỉ RAM nội.
- Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội.
Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hiện hành mới c thể ra lệnh tiếp theo.
3.1.4Cổng com và IC max 232
3.1.4.1 Cổng COM
Giao tiếp giữa PIC và PC thông qua cổng nối tiếp hay còn gọi là cổng COM theo chuẩn giao tiếp RS232
Cổng COM có 2 dạng: đầu nối DB25 ( 25 chân ) và DB9 ( 9 chân ) được môtả như bảng sau
Hình 3. 14 Sơ đồ chân cổng com 25 chân và 9 chân
- Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, nó có các ưu điểm sau:
+ Khoảng cách truyền xa hơn so với truyền song song. + Số dây kết nối ít.
+ Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại. + Có thể ghép nối với VĐK hay PLC.
+ Cho phép nối mạng.
+ Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc. + Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản.
- Các thiết bị ghép nối chia làm 2 loại:
+ DCE: là các thiết bị trung gian như MODEM.
+ DTE: là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như PC, PLC, VĐK. + Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RDX (nhận) và RTX (gửi).
- Tín hiệu truyền theo chuẩn RS232:
+ Chuẩn RS232 truyền tín hiệu với các tốc độ thông dụng là: 1200 bps, 4800 bps, 9600 bps, 19200 bps.
+ Định dạng khung truyền chuẩn RS232:
+ Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp - 10V).
+ Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start ( space :10V ) và sau đó truyền lần lượt từ D0 -> D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop ( mark: - 10V ) để khôi phục lại trạng thái đường truyền.Ví dụ truyền ký tự A:
Hình 3. 15 Dạng tín hệu khi truyền kí tự A qua cổng Com
- Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS232. Chiều dài Cab cực
đại 15m Tốc độ dữ liệu cực đại 20 Kbps Điện áp ngõ ra cực đại ±25V Điện áp ngõ ra có tải ±5V đến ±15V Trở kháng tải 3K đến 7K Điện áp ngõ vào ±15V Độ nhạy ngõ vào ±3V
3.1.4.2 IC MAX 232
Hình 3. 16 IC Max 232
Hình 3. 17 Sơ đồ kết nối IC max 232
IC MAX 232 là IC chuyên dùng trong giao tiếp nối tiếp với PC.Nó có 2 bộ đệm và 2 bộ nhận.Đường dẫn điều khiển lối vào CTS, điều khiển việc xuất dữ liệu ở cổng nối tiếp khi cần thiết, được nối với chân 9.Chân RTS (chân 10) được nối với đường dẫn bắt tay để điều khiển với quá trình nhận.Thường thì các đường dẫn bắt tay được nối với cổng nối tiếp qua các cầu nối, để khi không dùng đến nữa có thể để hở mạch các cầu này.Cách truyền dữ liệu đơn giản nhất là chỉ dùng 3 chân RTX, RDX và GND
3.1.5IC cổng logic AND 74HC08
IC 74HC08 là IC cổng AND 2 trạng thái , IC này gồm có 4 cổng AND , 1 chân nguồn, 1 chân nối mass , tổng cộng có 14 chân.
Sơ đồ chân Sơ đồ nguyên lý
7: GND
14: VCC = 5V Hình 3. 18 Sơ đồ chân, sơđồ nguyên lí IC max 232
Mô tả chân:
Bảng trạng thái:
- H: mức điện áp cao
- L: mức điện áp thấp
- Phép toán logic: Y = AB Đặc tính điện:
3.1.5.1 Ic cổng logic not 7404
IC 7404 là IC cổng NOT , bao gồm 6 cổng NOT, 1 chân nguồn, 1 chân nối mass, tổng cộng có 14 chân.
Sơ đồ chân và nguyên lý:
Hình 3. 19 sơ đồ chân và nguyên lí 7404 Bảng trạng thái: Input Output X Y L H H L Trong đó:
H: mức điện áp cao L: mức điện áp thấp
Phép toán logic: Y = NOT(X) Đặc tính điện:
3.1.6 Bộ lập mã quang (Optical Encoder)
Optical Encoder là một trong những thiết bị dùng để xác định góc quay của motor. Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thường là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang và một đĩa có chia rãnh. Optical encoder lại được chia thành 2 loại: encoder tuyệt đối (absolute optical encoder) và encoder tương đối (incremental optical encoder). Trong đa số các DC Motor, incremental optical encoder được dùng đa số.
Hình 3. 20 Optical Encoder
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). Trong hình trên chú ý rằng có một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát
cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90o. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ. Hãy quan sát hình 3.
Hình 3. 21 Nguyên lí hoạt động và dạng tín hiệu ra của Encoder
Hình 3.21. thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải. Bạn hãy quan sát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A).